ansys断裂力学技巧
ansys断裂仿真流程
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定义材料属性，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
Ansys 断裂力学理论
第四章断裂力学文献来源：/document/200707/article796_2.htm4.1 断裂力学的定义在许多结构和零部件中存在的裂纹和缺陷，有时会导致灾难性的后果。
断裂力学在工程领域的应用就是要解决裂纹和缺陷的扩展问题。
断裂力学是研究载荷作用下结构中的裂纹是怎样扩展的，并对有关的裂纹扩展和断裂失效用实验的结果进行预测。
它是通过计算裂纹区域和破坏结构的断裂参数来预测的，如应力强度因子，它能估算裂纹扩展速率。
一般情况下，裂纹的扩展是随着作用在构件上的循环载荷次数而增加的。
如飞机机舱中的裂纹扩展，它与机舱加压及减压有关。
此外，环境条件，如温度、或大范围的辐射都能影响材料的断裂特性。
典型的断裂参数有：与三种基本断裂模型相关的应力强度因子(K I,K II,K III)(见图4-1)；J积分，它定义为与积分路径无关的线积分，用于度量裂纹尖端附近奇异应力与应变的强度；能量释放率(G)，它反映裂纹张开或闭合时功的大小；注意--在本节大部分的图形中裂纹的宽度被放大了许多倍。
图4-1 裂缝的三种基本模型4.2 断裂力学的求解求解断裂力学问题的步骤为：先进行线弹性分析或弹塑性静力分析，然后用特殊的后处理命令、或宏命令计算所需的断裂参数。
本章我们集中讨论下列两个主要的处理过程。
裂纹区域的模拟；计算断裂参数。
4.2.1 裂纹区域的模拟在断裂模型中最重要的区域，是围绕裂纹边缘的部位。
裂纹的边缘，在2D模型中称为裂纹尖端，在3D模型中称为裂纹前缘。
如图4-2所示。
图4-2 裂纹尖端和裂纹前缘在线弹性问题中，在裂纹尖端附近(或裂纹前缘)某点的位移随而变化，γ是裂纹尖端到该点的距离，裂纹尖端处的应力与应变是奇异的，随1/变化。
为选取应变奇异点，相应的裂纹面需与它一致，围绕裂纹顶点的有限元单元应该是二次奇异单元，其中节点放到1/4边处。
图4-3表示2-D和3-D模型的奇异单元。
图4-3 2-D和3-D模型的奇异单元4.2.1.1 2-D断裂模型对2D断裂模型推荐采用PLANE2单元，其为六节点三角形单元。
ANSYS技巧与常见问题解决
ANSYS 查询函数（Inquiry Function）在ANSYS操作过程或条件语句中，常常需要知道有关模型的许多参数值，如选择集中的单元数、节点数，最大节点号等。
此时，一般可通过*GET命令来获得这些参数。
现在，对于此类问题，我们有了一个更为方便的选择，那就是查询函数— Inquiry Function。
Inquiry Function类似于ANSYS的 *GET 命令，它访问ANSYS数据库并返回要查询的数值，方便后续使用。
ANSYS每执行一次查询函数，便查询一次数据库，并用查询值替代该查询函数。
假如你想获得当前所选择的单元数，并把它作为*DO循环的上界。
传统的方法是使用*GET命令来获得所选择的单元数并把它赋给一个变量，则此变量可以作为*DO循环的上界来确定循环的次数*get, ELMAX,elem,,count*do, I, 1, ELMAX……*enddo现在你可以使用查询函数来完成这件事，把查询函数直接放在*DO循环内，它就可以提供所选择的单元数*do, I, ELMIQR(0,13)……*enddo这里的ELMIQR并不是一个数组，而是一个查询函数，它返回的是现在所选择的单元数。
括弧内的数是用来确定查询函数的返回值的。
第一个数是用来标识你所想查询的特定实体（如单元、节点、线、面号等等），括弧内的第二个数是用来确定查询函数返回值的类型的（如选择状态、实体数量等）。
同本例一样，通常查询函数有两个变量，但也有一些查询函数只有一个变量，而有的却有三个变量。
查询函数的种类和数量很多，下面是一些常用、方便而快速快捷的查询函数1 AREA—arinqr(areaid,key)areaid—查询的面，对于key=12,13,14可取为0；key—标识关于areaidr的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-1，材料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数…arinqr(areaid,key)的返回值对于key=1=0, areaid未定义=-1，areaid未被选择=1， areaid被选择…2 KEYPOINTS—kpinqr(kpid,key)kpid—查询的关键点，对于key=12,13,14为0 key —标识关于kpid的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数目=-1，数料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数，如果已分网=-7，单元数，如果已分网kpinqr(kpid,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择3 LINE—lsinqr(lsid,key)lsid—查询的线段，对于key=12,13,14为0 key—标识关于lsid的返回信息=1，选择状态=2, 长度=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-1，材料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数…4 NODE—ndinqr(node,key)node—节点号，对于key=12,13,14为0 key—标识关于node的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-2，超单元标记=-3，主自由度=-4，激活的自由度=-5，附着的实体模型ndinqr(node,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择5 VOLUMES—vlinqr(vnmi,key)vnmi—查询的体，对于key=12,13,14为0key—标识关于vnmi的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数目=-1，数料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数=-8，单元形状=-9，中节点单元=-10，单元坐标系vlinqr(vnmi,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择ANSYS能实现直接流-固耦合分析吗?ANSYS流固耦合分析有三种形式，可以实现全直接或半直接耦合分析：一： ANSYS/Mechanical模块或含该模块的软件包中的流固耦合分析功能，但此处的流体是非流动的流体，而是静流体，它计算流体由于重力、惯性力、波动压力等引起的分布压力载荷与结构的相互作用。
ANSYS裂缝处理
裂缝处理的主要方式
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。
而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。
但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。
①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。
该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。
但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。
不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。
②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。
即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。
由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。
③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。
ANSYS采用分布裂缝模型。
在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧
在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧在ANSYS中计算裂缝应力强度因子的技巧裂缝应力强度因子用ANSYS中怎么求呀。
另外，建模时，裂纹应该怎么处理呀，难道只有画出一条线吗？首先说一下裂纹怎么画，其实裂纹很简单啊。
只要画出裂纹的上下表面（线）就可以了，即使是两个面（线）重合也一定要是两个面（线）；如果考虑道对称模型就更好办了，裂纹尖点左面用一个面（线），右边用另外一个面（线），加上对称边界约束。
再说一下裂尖点附近网格的划分。
ansys提供了一个kscon的命令，主要是使得crack tip的第一层单元变成奇异单元，用来模拟断裂奇异性(singularity)。
当然这个步骤不是必须的，有的人说起用ansys算强度因子的时候就一定要用奇异单元，其实是误区（原因下面解释）好了，回到强度因子的计算。
其实只要学过一些断裂力学都知道，K的求法很多。
就拿Mode I的KI来说吧，Ansys自己提供了一个办法（displacement extrapolation），中文可能翻译作“位移外推”法，其实就是根据解析解的位移公式来对计算数据进行fitting的。
分3步走，如果你已经算完了：第一步，先定义一个crack-tip的局部坐标系，这是ansys帮助文件中说的，其实如果你的裂纹尖端就是整体坐标原点的话，而且你的x-axis就顺着裂纹，就没有什么必要了。
第二步，定义一个始于crack-tip的path,什么什么？path怎么定义？？看看帮助吧，在索引里面查找fracture mechanics，找到怎么计算断裂强度因子。
（my god,我这3步全是在copy 帮助中的东东啊）。
第三步，Nodal Calcs>Stress Int Factr ，别忘了，这是在后处理postproc中啊。
办法是好，可是对于裂纹尖端的单元网格依赖性很大，所以用kscon制造尖端奇异单元很重要。
curtain的经验是path路径取的越靠近cracktip得到的强度因子就越大，所以单元最好是越fine越好啊。
ANSYS技巧
两个非常实用的ANSYS技巧学ANSYS有一年多了，可能由于它太精深了，也没有什么太大突破，不过有些技巧与初学者分享一下，以免再走些弯路。
今天没有准备，就先来两个吧，如果对大家有所帮助，就支持一下，或者大家还有别的技巧，也可以与大家一块分享。
01.在一个多面的模型中，我们要对其某个面施加载荷，但在选择时，老是明明指着那个面，但它偏偏选别的面，真是急死人技巧：按住左键不放，移动左键，哪个面变色点击一下，就是选哪个面。
02.关于点“冲右上角箭头”无响应的问题（即不出现对话框），有的人只好关掉软件，重新打开。
技巧：当你遇到这样的情况，你可以按住ctrl+shift+del,再点一下那个箭头，呵呵，是不是对话框又出现了。
【转贴】AN SYS中设置透明模型的方法★★laizuliang(金币+2,VIP+0):谢谢分享ANSYS10.0中可以对模型进行透明设置. 采用的命令是:/trlcy调用格式:/TRLCY, Lab, TLEVEL, N1, N2, NINC其中Lab包含有：ELEM, AREA, VOLU, ISURF, CM等，TLEVEL指透明度，用0~1之间的数字，1是完全透明。
下面是我设置的一个轴承模型，大家参考，嗬嗬！大家来试试，看谁作出来得更漂亮？转自：科研中国SCIEI/[ Last edited by laizuliang on 2008-4-16 at 23:36 ]附件1: 32145582.gif (2008-4-14 21:28, 54.53 K)【转帖】学习ANSYS需要认识到的几点★★laizuliang(金币+2,VIP+0):谢谢分享一学习ANSYS需要认识到的几点相对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件，因而，要学好ANSYS，对学习者就提出了很高的要求，一方面，需要学习者有比较扎实的力学理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了ANSYS使用水平；另一方面，需要学习者不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。
断裂力学技术分析报告
ANSYS 技术分析报告——断裂力学1. 断裂力学的定义在许多结构和部件里产生的裂纹和缺陷有时候将导致灾难性的结果。
断裂力学的工程应用领域已经建立并发展了对这些裂纹或缺陷扩展问题的基本理解。
断裂力学是研究受载荷作用下结构物中裂纹或缺陷是怎样扩展的，并需对有关的裂纹扩展用实验结果进行预测，它（预测分析）是通过计算裂纹区域和破坏结构断裂参数实现的，诸如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来估算裂纹扩展的速率。
一般情况下，裂纹的扩展随着作用在构件上的循环载荷的次数而增加的。
如飞机机舱中的裂纹扩展，它与机舱的加压与减压有关。
此外，环境条件如温度、或大范围的辐射都能影响材料的断裂性质。
典型的断裂参数如下：随着三种基本断裂模型的应力强度因子（1k ，11k ，111k ）；J 积分，它定义为与积分路径无关的线积分，并能度量裂纹尖端附近奇异的应力与应变的强度；能量释放率G ，它反映裂纹张开或闭合时的功的大小。
图1—1 三种基本的断裂模型2. 断裂力学的求解求解断裂力学问题的步骤，包括先进行弹性分析或弹塑性静力分析，然后用特殊的后处理命令，或宏命令计算所需的断裂参数。
这里集中讨论下列两个主要的处理过程：裂纹区域的模拟和计算断裂参数。
裂纹区域的模拟在断裂模型中最重要的区域是围绕裂纹边缘的部位。
在2D 模型中，以裂纹的尖端作为裂纹的边缘，在3D 模型中，以裂纹的前缘作为裂纹的边缘（如图2所示）。
在线弹性问题中，在裂纹尖端（或裂纹前缘）附近某点的位移γ1/2而变化，γ是裂纹尖端到该点的距离，裂纹尖端处的应力与应变是奇异的，随着1/γ1/2变化。
拾取应变的奇异点，相应的裂纹面需与它一致，那么围绕裂纹尖端的有限元单元应该是二项式的奇异单元，它是把单元边上的中点移到了1/4边处。
图1—2 裂纹尖端和裂纹前缘2-D断裂模型适用于2D断裂模型的单元是PLANE2（或PLANE82），它是六节点三角形单元。
围绕裂纹尖端的第一行单元必须是奇异性的。
ANSYS积分法和节点位移法求解应力强度因子附命令流
K I = √2π K II = √2π 其中： G为剪切模量；
G ∆v 1 + κ √r G ∆u 1 + κ √r
κ为材料常数，对于平面应力问题，取
3−������ 1+������
；
∆u为裂纹面在某点处的水平相对位移； ∆v为裂纹面在某点处的垂直相对位移。
图 1-6
位移法图解
根据断裂力学对于三种裂纹的定义，当∆v>0 时，K I 为正，裂纹上下面相对 位移为顺时针为正，即顺时针时，∆u>0，K II 为正；反之为负。理论上，当取上 下裂纹面同一位置的点，当该点趋向于裂尖时，结果更精确，本算例取奇异单元 上 1/4 处的节点的位移进行计算，计算模型同上。 首先，先对有限元模型进行求解，然后进入到后处理层，求出在局部坐标系 系下，所处裂纹上下面的奇异单元上 1/4 处节点的水平及竖直位移 ux，uy，然后 求出裂纹面的相对位移∆u、∆v，最后代入上式即可。 计算结果如图 1-7 所示：KI=223.84Mpa*(mm)1/2，KII=217.63Mpa*(mm)1/2。 计算误差分别为：3.1%、0.25%。
FINISH /CLEAR /TITIE,INTERACTIVE INTEGRATION METHOD BY IDUTER-ANSYS /PREP7 /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 /REPLOT !------------------!UNIFIED UNIT(N,MM) PI=ACOS(-1) *SET,H,80 *SET,W,50 *SET,A,0.12*W *SET,BETA,90-45 *SET,ALPH,(90-BETA)*PI/180 *SET,SIGMA,100 R1=1 R2=2 R3=3 !THE HEIGHT OF MODEL !THE WEIGHT OF MODEL !HALF LENGTH OF THE ANGLED CRACK !THE INCLINED ANGLE OF CRACK ! RADIAN SYSTEM !SIGMA !FIRST ROW OF ELEMENT RADIUS !THIRD ROW OF ELEMENT RADIUS !SIXTH ROW OF ELEMENT RADIUS
ANSYS技巧与常见问题解决
ANSYS 查询函数（Inquiry Function）在ANSYS操作过程或条件语句中，常常需要知道有关模型的许多参数值，如选择集中的单元数、节点数，最大节点号等。
此时，一般可通过*GET命令来获得这些参数。
现在，对于此类问题，我们有了一个更为方便的选择，那就是查询函数— Inquiry Function。
Inquiry Function类似于ANSYS的 *GET 命令，它访问ANSYS数据库并返回要查询的数值，方便后续使用。
ANSYS每执行一次查询函数，便查询一次数据库，并用查询值替代该查询函数。
假如你想获得当前所选择的单元数，并把它作为*DO循环的上界。
传统的方法是使用*GET命令来获得所选择的单元数并把它赋给一个变量，则此变量可以作为*DO循环的上界来确定循环的次数*get, ELMAX,elem,,count*do, I, 1, ELMAX……*enddo现在你可以使用查询函数来完成这件事，把查询函数直接放在*DO循环内，它就可以提供所选择的单元数*do, I, ELMIQR(0,13)……*enddo这里的ELMIQR并不是一个数组，而是一个查询函数，它返回的是现在所选择的单元数。
括弧内的数是用来确定查询函数的返回值的。
第一个数是用来标识你所想查询的特定实体（如单元、节点、线、面号等等），括弧内的第二个数是用来确定查询函数返回值的类型的（如选择状态、实体数量等）。
同本例一样，通常查询函数有两个变量，但也有一些查询函数只有一个变量，而有的却有三个变量。
查询函数的种类和数量很多，下面是一些常用、方便而快速快捷的查询函数1 AREA—arinqr(areaid,key)areaid—查询的面，对于key=12,13,14可取为0；key—标识关于areaidr的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-1，材料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数…arinqr(areaid,key)的返回值对于key=1=0, areaid未定义=-1，areaid未被选择=1， areaid被选择…2 KEYPOINTS—kpinqr(kpid,key)kpid—查询的关键点，对于key=12,13,14为0 key —标识关于kpid的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数目=-1，数料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数，如果已分网=-7，单元数，如果已分网kpinqr(kpid,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择3 LINE—lsinqr(lsid,key)lsid—查询的线段，对于key=12,13,14为0 key—标识关于lsid的返回信息=1，选择状态=2, 长度=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-1，材料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数…4 NODE—ndinqr(node,key)node—节点号，对于key=12,13,14为0 key—标识关于node的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数=-2，超单元标记=-3，主自由度=-4，激活的自由度=-5，附着的实体模型ndinqr(node,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择5 VOLUMES—vlinqr(vnmi,key)vnmi—查询的体，对于key=12,13,14为0key—标识关于vnmi的返回信息=1，选择状态=12，定义的数目=13，选择的数目=14，定义的最大数目=-1，数料号=-2，单元类型=-3，实常数=-4，节点数=-6，单元数=-8，单元形状=-9，中节点单元=-10，单元坐标系vlinqr(vnmi,key)的返回值对于key=1=-1,未选择=0，未定义=1，选择ANSYS能实现直接流-固耦合分析吗?ANSYS流固耦合分析有三种形式，可以实现全直接或半直接耦合分析：一： ANSYS/Mechanical模块或含该模块的软件包中的流固耦合分析功能，但此处的流体是非流动的流体，而是静流体，它计算流体由于重力、惯性力、波动压力等引起的分布压力载荷与结构的相互作用。
ANSYS技巧总结
ANSYS技巧总结Ansys软件建模的经验与技巧1.始终注意保持使用一致的单位制；2求解前运行allsel命令求解前运行allsel命令。
要不然，某些已经划分网格的实体而没有被选择，那么加在实体模型上加的荷载可能会没有传到nodes or elements上去；3网格划分问题牢记《建模与分网指南》上有关建模的忠告。
网格划分影响模型是否可用，网格划分影响计算结果的可接受程度；自适应网格划分(ADAPT)前必须查自适应网格划分可用单元，在ansys中能够自适应网格划分的单元是有限的。
网格划分完成后，必须检查网格质量！权衡计算时间和计算精度的可接受程度，必要时应该refine网格4 实体建模布尔运算应用实体建模以及布尔运算（加、减、贴、交）的优势解决建立复杂模型时的困难；但是，没有把握时布尔运算将难以保证成功！5 计算结果的可信度一般来说，复杂有限元计算必须通过多人，多次，多种通用有限元软件计算核对，互相检验，相互一致时才有比较可靠的计算结果。
协同工作时必须对自己输入数据高度负责，并且小组成员之间保持良好的沟通；有限元分析不是搞什么“英雄主义”，而需要多方面的质量保证措施。
6了解最终所需要的成果建立模型之前，应该充分了解最终要求提交什么样式的成果，这样能形成良好的网格，早期良好的建模规划对于后期成果整理有很大的帮助；7 撰写分析文档文档与分析过程力求保持同步，有利于小组成员之间的沟通和模型的检验和查证；8 熟悉命令对没有把握的命令应该先用简单模型熟悉之，千万不能抱有“撞大运”的想法；9 多种单元共节点不同单元使用共同节点时注意不同单元节点自由度匹配问题导致计算结果的正确与否(《建模与分网指南》P 8 )三维梁单元和壳单元的节点自由度数一致，但是应该注意到三维梁单元的转动自由度和壳单元的转动自由度的含义不一样。
壳的ROTZ 不是真实的自由度,它与平面内旋转刚度相联系，在局部坐标中壳的单元刚度矩阵ROTZ对应的项为零，对此不能将梁与壳单元仅仅有一个节点相连，例外的是当shell43 or shell63(两者都有keyopt(3)=2)的Allman旋转刚度被激活时。
基于ANsYs Workbench拉杆的断裂原因分析和优化
基于ANsYs Workbench拉杆的断裂原因分析和优化翟少兵;任德均;凌志祥;李明飞;万维根【摘要】The article analyzes the chemical composition, crack and fracture characteristics of the pull rod fracture failure and uses ANSYS Workbench static analysis software to analyze the cause of the fracture. The results show that premature rupture is mainly caused by carbon oxides and other impurities existing in the carbon steel. The unreasonable design of the partil structure is also one of the pull rod fracture causes.%通过分析失效拉杆的化学成分、裂纹和断口特征,并结合ANSYS Workbench静力学分析其断裂的原因,分析结果表明拉杆过早断裂主要由碳钢中存在的氧化物等杂质及碳钢中未掺入影响碳钢强度及韧性的其他微量合金元素所引起.结构部分局部设计的不合理,加剧了拉杆的断裂失效.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】3页(P133-135)【关键词】拉杆;断裂失效;原因分析;化学成分;结构优化【作者】翟少兵;任德均;凌志祥;李明飞;万维根【作者单位】四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065;成都泓睿科技有限公司,四川成都610041;成都泓睿科技有限公司,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TH122若一杆件因受轴向力而沿着轴线方向产生压缩(或伸长)，这类杆件称为压杆(或拉杆)。
断裂参量在ANSYS中的计算分析
$! 结论
"# $ ! 通过以上的计算分析， 说明断裂参量在 %&’(’ 中的计算是可行的， 为复杂裂纹在复杂载荷下的断裂判 据的计算提供了有效的方法 "# % ! 宏观裂纹的倾角对于应力强度因子和 # 积分值都有一定程度的影响， 但是对应力强度因子的影响大一 点， 对于 # 积分的影响不太明显。 "# & ! 宏观裂纹的长度在构件的失稳破坏过程中起着主导作用， 对于应力强度因子和 # 积分的影响都比较显 著% "# " ! 应力强度因子和 # 积分是相关联的， 它们之间有着一定的内在关系。 参考文献：
$# 断裂参量数值计算的理论基础
56 5 # 应力强度因子数值计算的理论基础 在线弹性断裂力学中， 由于裂纹尖端的应力场的强弱程度主要由应力强度因子 " 这个参量来描述， 故 通过它可以建立 " 9 " #$ 的断裂准则， 来解决工程实际的断裂问题。 " 的大小与外载的性质、 裂纹及裂纹弹性体几何形状等因素有关的一个量， 写成通式是 " % & ! %（ ’ "， #）% & !， "， # 式中 ! 是与裂纹有关的几何形状因子， " 是裂纹承受的应力， # 是裂纹长度。 56 7 # ! 积分数值计算的理论基础 ! 积分是断裂力学中的一个重要概念， 其数值是一个与积分回路无关的常数， 即具有守恒性， 它也反映了 裂纹尖端的某种力学特性或应力应变场强度， 同时在分析中可能避开裂纹尖端这个难以直接严密分析的区 域。这里利用 ! 积分的定义来求解其值。
/0 1234 5 "64， 7%8 9:4; （ <:=3>?@:4? AB +:CD342C3E F4;24::>24; ， GD243 H42I:>J2?K AB +2424; 34L M:CD4AEA;K， N6ODA6 1234;J6 ..)PPQ ， GD243） <51 =.402： B>3C?6>: =3>3@:?:>J； J?>:JJ 24?:4J2?K B3C?A>； & 24?:;>3E； %&’(’ 8>2,4(*,： G3EC6E3?2A4 @:?DAL AB B>3C?6>: =3>3@:?:>J 24 %&’(’ 2J 24?>AL6C:LR MD: >:J6E?J JDAS ?D3? ?D: & 5 24?:;>3E 34L J?>:JJ 24?:4J2?K B3C?A> 3>: I3>23TE: S2?D ?D: C>3CU A>2:4?3?2A4 34L C>3CU E:4;?D >:J=:C?2I:EKR MD:J: =>AI2L: I3E2L @:?DAL BA> ?D: C3EC6E3?2A4 AB CA@=E:V C>3CUJ 64L:> CA@=E:V EA3LJR
断裂力学-ansys
第四章 断裂力学
4.1 断裂力学的定义
裂纹和缺陷会因为某些原因存在于许多结构和零部件中。可能是材料本身具有缺陷。裂纹可能 是制造过程产生的，也可能是后来由于环境因素产生的。裂纹和缺陷的存在能极大地降低构件在载 荷和环境作用中的完整性。
断裂力学使用应用力学的概念发展了对结构中存在裂纹尖端的应力与变形区的思路。对裂纹尖 端的应力与变形区深入的了解有助于发展结构的失效安全设计和安全寿命设计。基于断裂力学设计 的思想是广泛使用的，不是局限于核工业，航空航天，民用，和机械工程等领域。
PLANE182 PLANE183 SOLID185 PLANE186 PLANE187 J-积分计算支持如下材料属性： 线弹性 塑性 4.3.1.4 J-积分计算过程 ANSYS在求解器中通过子步计算J-积分，然后存储在结果文件中。 CINT命令用来计算J-积分，还用来设置运算所需要的不同的参数。 J-积分计算按如下步骤进行：
对于2-D 问题，在热应变不存在时，积分路径依赖于塑性应变、积分面上的体力和裂纹表面的 压力，域积分表示的J-积分公式为：
这里q是所谓的裂纹扩展矢量。q的方向是在裂纹尖端的局部坐标系的x轴 。q矢量在Γ曲线上为零 ， 并且在Γ曲线内部除中间节点（如果有，它们直接连接在Γ曲线上）的所有节点为单位矢量。ANSYS 引用这些节点单位矢量q作为虚拟裂纹扩展节点。
ansys经典命令流资料 裂缝
发信人: wjc501 (阿昌), 信区: FEA标题: Re: wjc501请帮帮忙，有没有裂缝方面的ansys例题发信站: BBS 水木清华站 (Mon Jul 22 18:21:57 2002)供参考，不当之处请指正。
祝好运!(1) 如果你模拟结构体中裂缝扩展过程的模拟，在Ansys中可以用全解耦损伤分析方法来近似模拟裂缝扩展，我曾用Ansys软件中提供的可以定义10,000个材料参数和单元ekill/alive功能完成了层状路面体中表面裂缝和反射裂缝在变温作用下的扩展过程的模拟。
我模拟的过程相对来说比较简单，模拟过程中我们首先要知道裂缝的可能扩展方向，这样在裂缝可能扩展的带内进行网格加密处理，加密到什么程度依据计算的问题来确定。
(2) 如果采用断裂力学理论计算含裂缝结构体的应力强度因子，建模时只需在裂尖通过命令kscon生成奇异单元即可。
Ansys模块中存在的断裂力学模块可以计算I、II、III型应力强度因子(线弹性断裂力学)和J积分(弹塑性断裂力学)，在Ansys中verification里面有一个计算I型应力强度因子的例子vm143，参见该例子就可以了。
(3) 如果通过断裂力学模拟裂缝的扩展过程，需要采用动态网格划分，这方面我没有做，通过Ansys的宏命令流应该可以实现。
技术参考可参阅文献：杨庆生、杨卫.断裂过程的有限元模拟.计算力学学报，1997,14(4).(4) 我现在做动荷载作用下路面结构体中应力强度因子的分布规律，我是通过位移插值得到不同时间点处的应力强度因子。
如果想这样做，可参阅理论参考中关于应力强度因子计算说明。
【在 agz (agz) 的大作中提到: 】: 我在进行混凝土中裂缝模拟分析，急需这方面的例题，听说你在这方面是大希故而想请模: 谢谢啦。
--※来源:·BBS 水木清华站 ·[FROM: 210.32.156.200]发信人: agz (agz), 信区: FEA标题: Re: wjc501请帮帮忙，有没有裂缝方面的ansys例题发信站: BBS 水木清华站 (Mon Jul 22 21:01:07 2002)谢谢阿昌的热心指导，我的情况属于第二种，试了一个二维的问题，基本知道了一点儿关于裂缝分析的过程。
ansys断裂力学技巧
Ansys断裂力学裂纹和瑕疵在很多结构和零部件中会出现，有时会导致严重的后果。
断裂力学就是研究裂纹扩散问题的学科。
12.1 断裂力学的理解断裂力学就是解决结构在外载荷作用下，裂纹和瑕疵如何扩散的问题。
它包含裂纹扩散相应的解析预报和实验结果验证。
解析预报是通过断裂参数的计算得出的，如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来评估裂纹的生长率。
最具典型的是，裂纹的长度随着一些循环载荷的每一次作用而增长，如飞机上机舱的增压-减压。
另外，环境的情况，如温度或光线的照射等，都会影响某些材料的断裂性能。
在研究中，断裂问题需重点研究的典型参数如下：●应力强度因子（K I, K II和K III），是断裂的三个基本形式。
●J-积分，是一种不受线路影响的线积分，用来测量裂纹端点的奇异应力和应变。
●能量释放率（G），它代表裂纹开始和终止处的能量的大小。
12.2 求解断裂力学问题求解断裂力学问题包括执行线弹性或弹塑性静态分析，以及使用专用的后处理命令或宏来计算需要的断裂参数。
此处分成两个部分来介绍：●裂纹区域的建模●计算断裂参数12.2.1裂纹区域的建模断裂模型中最重要的部分就是裂纹边界的部分。
在ansys中，在二维模型和三位模型中，分别将裂纹的边界看成是裂纹端点和裂纹前端。
如图12.1所示。
r是距离裂纹端点的长度。
裂裂纹面应该是重合纹端点处的应力和应变是奇异的，的，裂纹端点（或裂纹前端）附近的单元应该是二次的，即角点之间有中间节点。
这种单元被称为奇异单元。
12.2.1.1 二维断裂模型二维断裂模型的推荐单元类型是PLANE2，6节点的三角实体单元。
裂纹端点附近的单元的第一行是奇异的，如图12.2（a）所示。
前处理模块PREP7的命令(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)可以定义某关键点附近的单元划分的大小，在断裂模型中特别有用。
基于ANSYS的断裂参数的计算
基于ANSYS的断裂参数的计算1 引言断裂事故在重型机械中是比较常见的，我国每年因断裂造成的损失十分巨大。
一方面，由于传统的设计是以完整构件的静强度和疲劳强度为依据，并给以较大的安全系数，但是含裂纹在役设备还是常有断裂事故发生。
另一方面，对于一些关键设备，缺乏对不完整构件剩余强度的估算，让其提前退役，从而造成了不必要的浪费。
因此，有必要对含裂纹构件的断裂参量进行评定，如应力强度因了和J积分。
确定应力强度因了的方法较多，典型的有解析法、边界配位法、有限单元法等。
对于工程上常见的受复杂载荷并包含不规则裂纹的构件，数值模拟分析是解决这些复杂问题的最有效方法。
本文以某一锻件中取出的一维断裂试样为计算模型，介绍了利用有限元软件ANSYS计算应力强度因子。
2 断裂参量数值模拟的理论基础对于线弹性材料裂纹尖端的应力场和应变场可以表述为：(1)其中K是应力强度因子，r和θ是极坐标参量，可参见图1，(1)式可以应用到三个断裂模型的任意一种。
图1 裂纹尖端的极坐标系(2)应力强度因子和能量释放率的关系：G=K/E"(3)其中：G为能量释放率。
平面应变：E"=E/(1-v2)平面应力：E=E"3 求解断裂力学问题断裂分析包括应力分析和计算断裂力学的参数。
应力分析是标准的ANSYS 线弹性或非线性弹性问题分析。
因为在裂纹尖端存在高的应力梯度，所以包含裂纹的有限元模型要特别注意存在裂纹的区域。
如图2所示，图中给出了二维和三维裂纹的术语和表示方法。
图2 二维和三维裂纹的结构示意图3.1 裂纹尖端区域的建模裂纹尖端的应力和变形场通常具有很高的梯度值。
场值得精确度取决于材料，几何和其他因素。
为了捕获到迅速变化的应力和变形场，在裂纹尖端区域需要网格细化。
对于线弹性问题，裂纹尖端附近的位移场与成正比，其中r是到裂纹尖端的距离。
在裂纹尖端应力和应变是奇异的，并且随1/变化而变化。
为了产生裂纹尖端应力和应变的奇异性，裂纹尖端的划分网格应该具有以下特征：·裂纹面一定要是一致的。
ANSYS课程设计走滑断层破裂扩展特征的数值分析.
课程设计课程大型工程分析软件及应用题目走滑断层破裂扩展特征的数值分析院系专业班级学生姓名学生学号2012年12月26日力学与工程学院课程设计任务书课程大型工程分析软件及应用课程设计题目走滑断层破裂扩展特征的数值分析专业设计报告目录第一章概述 (3)1.1课程设计的意义、目的 (3)1.2课程设计研究的内容 (3)第二章 ANSYS详细设计步骤 (5)2.1问题分析 (5)2.2基于ANSYS分析的简要步骤 (5)第三章设计结果及分析 (11)3.1模型实验结果分析 (11)结论 (12)参考文献 (14)一、概述1.1 课程设计的意义、目的1.1.1、ANSYS是大型的通用有限元软件，其功能强大，可靠性好，具有强大的结构分析能力和优化设计模块，因而被国内外大多数机械行业所采用。
本文将基于ANSYS建立结构的有限元模型，对结构进行力学分析。
ANSYS模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，他们是承受动态载荷的重要参数，也可作为其他动力学分析的起点，是进行谱分析或模态叠加法普响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
模态分析在动力学分析过程中必不可少的一个步骤，在谱响应分析、瞬态动力学分析的分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤。
1.1.2、根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容；通过调试典型例题或习题积累调试ANSYS程序的经验；通过完成课程设计中中的编程题，逐渐培养学生的编程能力、用ANSYS解决实际问题的能力。
1.1.3、课程设计的目的为。
掌握应用实体建模方法；掌握应用ansys进行简单有限元分析方法；能对问题进行分析，自己独立完成1.2 课程设计研究的内容走滑断层破裂扩展特征的数值分析主要内容：1.2.1 几何尺寸模型长cm 宽cm 高cm沉积层（蓝色部分）90 40 4左侧基岩100 21 2右侧基岩100 21 21.2.2 材料参数基岩 ：体积模量 1.5e8 切变模量 1.1e8 密度 2.5e3 摩擦角 40 粘结力 0.275e6 沉积层： 体积模量 0.7e8 切变模量 0.3e8 密度2000 摩擦角 15 粘结力5e41.2.3 实验结果沉积层表面沿断层的破裂及切应变图1.2.4 计算模型红色部分基岩采用约束将其固定，绿色部分约束后沿箭头方向可以错动，采用位移加载，加载速率在10e-7m/步二、ANSYS详细设计步骤2.1问题分析2.1.1 几何尺寸模型长cm 宽cm 高cm沉积层（蓝色部分）90 40 4左侧基岩100 21 2右侧基岩100 21 22.2.2 材料参数基岩：体积模量 1.5e8 切变模量1.1e8 密度 2.5e3 摩擦角40 粘结力0.275e6沉积层：体积模量0.7e8 切变模量0.3e8 密度2000 摩擦角15 粘结力5e42.2.3计算模型2.2基于ANSYS分析的简要步骤(1)启动ANSYS，进入ANSYS界面。
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Ansys断裂力学裂纹和瑕疵在很多结构和零部件中会出现，有时会导致严重的后果。
断裂力学就是研究裂纹扩散问题的学科。
12.1 断裂力学的理解断裂力学就是解决结构在外载荷作用下，裂纹和瑕疵如何扩散的问题。
它包含裂纹扩散相应的解析预报和实验结果验证。
解析预报是通过断裂参数的计算得出的，如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来评估裂纹的生长率。
最具典型的是，裂纹的长度随着一些循环载荷的每一次作用而增长，如飞机上机舱的增压-减压。
另外，环境的情况，如温度或光线的照射等，都会影响某些材料的断裂性能。
在研究中，断裂问题需重点研究的典型参数如下：●应力强度因子（K I, K II和K III），是断裂的三个基本形式。
●J-积分，是一种不受线路影响的线积分，用来测量裂纹端点的奇异应力和应变。
●能量释放率（G），它代表裂纹开始和终止处的能量的大小。
12.2 求解断裂力学问题求解断裂力学问题包括执行线弹性或弹塑性静态分析，以及使用专用的后处理命令或宏来计算需要的断裂参数。
此处分成两个部分来介绍：●裂纹区域的建模●计算断裂参数12.2.1裂纹区域的建模断裂模型中最重要的部分就是裂纹边界的部分。
在ansys中，在二维模型和三位模型中，分别将裂纹的边界看成是裂纹端点和裂纹前端。
如图12.1所示。
r是距离裂纹端点的长度。
裂裂纹面应该是重合纹端点处的应力和应变是奇异的，的，裂纹端点（或裂纹前端）附近的单元应该是二次的，即角点之间有中间节点。
这种单元被称为奇异单元。
12.2.1.1 二维断裂模型二维断裂模型的推荐单元类型是PLANE2，6节点的三角实体单元。
裂纹端点附近的单元的第一行是奇异的，如图12.2（a）所示。
前处理模块PREP7的命令(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)可以定义某关键点附近的单元划分的大小，在断裂模型中特别有用。
它在指定关键点附近可以自动生成奇异单元。
此命令的其他域可以控制单元第一行的半径，在圆周方向的单元的数量等。
图12.3为命令KSCON 生成的断裂模型。
二维模型建模的其他注意事项如下：●如果可以的话利用对称性。
在很多情况下，只需要通过对称或反对称边界条件建立裂纹区域的一半模型，如图12.4所示。
●为了获得合理的结果，裂纹端点附近的单元的第一行半径大约为a/8，或更小，其中a为裂纹的长度。
在圆周方向上，推荐每隔30o或40o划分一个单元。
●裂纹端点单元不能扭曲，而且形状是等腰三角形。
12.2.1.2. 三维断裂模型三维模型的推荐单元类型为SOLID95，20节点的砖块单元。
如图12.2（b）所示，裂纹前端附近的第一行单元是奇异单元。
注意此单元为楔形单元，面KLPO压缩成线KO。
生成三维模型所要考虑的东西远远多于二维单元。
命令KSCON不可用，而且需要确保裂纹前端沿着单元的KO边界。
三维模型的其他建模注意事项如下：●推荐单元的大小与二维模型相同。
另外，在所有的方向上，外形的纵横比不能超过4：1.●对于裂纹的曲线前端，沿着裂纹前端的单元大小取决于局部曲率的大小。
粗略来说，沿着圆形的裂纹前端，每隔15o到30o至少要有一个单元。
●所有单元的边必须是直的，包括曲线前端上的边。
12.2.2极端断裂参数完成静态分析后，可以使用通用后处理器POST1来计算断裂参数。
如前所述，需关注的典型参数是应力强度因子，J-积分和能量释放率。
12.2.2.1应力强度因子后处理命令KCALC (Main Menu> General Postproc> Nodal Calcs> Stress Int Factr)计算中间模态应力强度因子K I, K II和K III。
这个命令只能用于裂纹区域附近的均匀的各项同性材料的线弹性问题。
合理利用命令KCALC,需要遵循以下步骤：1.定义一个局部裂纹端点或裂纹前端坐标系，X轴平行于裂纹面（在三维模型中垂直于裂纹前端），Y向垂直于裂纹曲面，如下图所示。
注意，当使用命令KCALC时，坐标系必须是激活的模型坐标系（使用命令CSYS操作）和结果坐标系（使用命令RSYS操作）。
Command(s): LOCAL (or CLOCAL, CS,CSKP, etc.)GUI: Utility Menu> WorkPlane> Local Coordinate Systems> Create Local CS> At Specified Loc2.沿着断裂曲面定义一个路径。
路径上的第一个节点是裂纹端点的节点。
对于半个的裂纹模型，需要2个额外的节点，也是沿着裂纹曲面。
对于完整的裂纹模型，两个裂纹曲面都包含在内，需要4个额外的节点：两个沿着一个裂纹曲面，另外两个沿着另一个裂纹曲面，下图为二维模型的两个情况。
Command(s): PATH, PPATHGUI: Main Menu> General Postproc> Path Operations> Define Path3. 计算K I , K II 和K III 。
命令KCALC 中的域KPLAN 定义了是平面应变还是平面应力。
除了薄板的分析，应力的渐进性或接近裂纹端点的特性通常看作是平面应变。
域KCSYN 定义了模型是有对称边界条件的半个裂纹模型，有反对称边界条件的半个裂纹模型还是整个裂纹模型。
Command(s): KCALC GUI:Main Menu> General Postproc> Nodal Calcs> Stress Int Factr12.2.2.2. J-积分在最简单的形式下，J-积分可以定义成不受路径影响的线积分，它来测量裂纹端点附近的奇异应力和应变的强度。
下列方程为二维形式的表达式。
它假设裂纹在全局笛卡尔坐标的X-Y 平面内，X 平行于裂纹（见图12.7）。
y x x y r r u u J Wdy t t ds x x ∂⎛⎫∂=-+ ⎪∂∂⎝⎭⎰⎰ （12-1） 其中:γ 为裂纹端点处的任一路径W 为应变能强度（也就是，单位体积的应变能） t x 为沿着X 轴的拉力矢量= x x xy y n n σσ+ t y 为沿着y 轴的拉力矢量=y y xy x n n σσ+σ为应力n = 路径γ的单位外法向矢量 u 为位移矢量 S 沿着路径γ的距离计算二维模型J的步骤如下：1.读取需要的步的结果。
Command(s): SETGUI: Main Menu> General Postproc> Read Results> First Set2.存储每个单元的体积和应变能。
Command(s): ETABLEGUI: Main Menu> General Postproc> Element Table> Define Table3.计算每个单元应变能密度。
Command(s): SEXPGUI: Main Menu> General Postproc> Element Table> Exponentiate4.为积分定义一个路径Command(s): PATH, PPATHGUI: Main Menu> General Postproc> Path Operations> Define Path5. 映射出路径上的应变能密度图，存储在步骤1中单元表格中。
Command(s): PDEF GUI:Main Menu> General Postproc> Path Operations> Map Onto Path6. 关于全局Y 积分 Command(s): PCALC GUI:Main Menu> General Postproc> Path Operations> Integrate7. 将积分的最终值赋给参数，这就是给出了方程12-1的第一项。
Command(s): *GET ,Name ,PATH,,LAST GUI:Utility Menu> Parameters> Get Scalar Data8. 映射出路径上的应力S X ,S Y ,S XY 。
Command(s): PDEF GUI:Main Menu> General Postproc> Path Operations> Map Onto Path9. 定义路径的单位法向矢量。
Command(s): PVECT GUI:Main Menu> General Postproc> Path Operations> Unit Vector10. 使用方程12-1计算TX 和TY . Command(s): PCALC GUI: Main Menu> General Postproc> Path Operations> operation11. 在X 的正向和负向变换一个小的距离，来计算位移矢量（xxu δδ和yy u δδ）的微分。
包含以下步骤（见图19.13断裂的三个基本模态）：● 计算要转换的路径的距离，如DX 。
基本的准则是使用路径总长度的1%。
可以使用命令*GET,Name ,PA TH,,LAST,S 来获取路径的总长度。
● 在X 轴负向变换路径DX/2的距离（PCALC,ADD,XG ,XG ,,,,-DX/2），把UX 和UY 映射到路径上（PDEF ），并命名为UX1和UY1。
● 在X 轴正向变换路径DX 的距离（也就是，从处理位置算起+DX/2），把UX和UY 映射到路径上，并命名为UX2和UY2。
● 转换到路径的初始位置（-DX/2的距离），并使用命令PCALC 计算(UX2-UX1)/DX 和(UY2-UY1)/DX 的大小，分别表示xxu δδ和yy u δδ。
12. 使用步骤10和11中计算的数量，计算J 的第二项积分值（PCALC ），并关于路径距离S 进行积分。
这就给出了方程12-1的第二项。
13. 使用步骤5-7和步骤12计算的数，根据方程12-1计算J 。
在进行以上操作以前，可以通过写宏来简化J 积分。
12.2.2.3.能量释放率能量释放率是用来定义伴随裂纹开始和终止的功（能量的变化）的大小的名词。
计算能量释放率的一个方法是虚裂纹扩展法。
在虚裂纹扩展法中，进行两个分析，一个是裂纹的长度a ，另一个是裂纹的长度a +Δa 。
如果两种工况的势能U （应变能）存储了，则能量释放率可以按照下列公式进行计算。